原标题:纯电席卷汽车前夜,我们把目前最具性价比的混动方案掰开揉碎了给你看|技师长
在全球排放法规紧箍咒日渐迫近的今天,汽车行业来到了动力总成路线取舍的关键性十字路口。
从各大国家与汽车公司目前已有的时间表看,2025年是纯电动路线全面占据主流市场的标志性时间节点。
但纯电取代内燃机不是一次一蹴而就的冲刺跑,电池技术、高昂成本、续航能力、安全管控和二次回收等诸多因素,都是纯电亟待解决的技术课题。
一方面是愈发严格的碳排放规则和愈发压缩的最后期限,一方面是消费者对纯电动汽车仍秉持的怀疑态度与长久存在的认知壁垒。
这时候,巧妙结合了内燃机与电能的“平衡术”——混合动力才是转型期内的动力总成最优解。
它是内燃机成熟稳定与电能低碳绿色优点的总和。
混合动力是统称,细分起来有四种技术路线:HEV(油电混动)、MHEV(轻混)、PHEV(插电混动)和REEV(增程式混动)。
无论是混合动力或是纯电动,其最终目标一致,那就是减少汽车能源消耗以及有害物排放。
四种路线中,HEV(油电混动)、PHEV(插电混动)和REEV(增程式混动)选择以电能为主要动力输出方式,内燃机为辅助。而MHEV(轻混)则更符合当下绝大多数消费者对动力来源的想象:内燃机为主,电能为辅。
对大宗汽车消费市场来说,轻混集合了成本、实用与耐久三者的优点,是未来5至8年里,汽车减排节能的最佳解决捷径。
而谈及轻混路线,48V轻混系统就是绕不开的话题中心。起先,它是德国汽车公司们的大胆尝试,而现在,它早已演进为全球汽车公司空前一致选择。
48V微混技术,结构改动小,成本低廉,性价比高。有调查显示,48V MHEV架构是PHEV架构成本的30%,但却提供了PHEV车型70%的优点。
目前广泛量产的48V轻混系统,核心部件包括48V电池、48V起动电机/发电机、48V/12V(DC/DC)电压逆变器与控制模块。
48V电池组一般选择锂离子电池,能量密度大和支持快充的特性可以有效减少电池包体积,减少对车内布置空间的侵占。
相比对整个动力系统进行“伤筋动骨”式改造的其它三条技术路线,48V轻混系统对现有动力总成的布局改动最小,仅仅在发动机与变速箱间加入一个尺寸精巧的电机,取代传统发动机上的启动机与发电机。
这个电机“块头”不大,但却是拥有“大智慧”的集成件。
首先,电机在车辆起步和急加速时提供辅助,尤其是目前汽油车大都配备自动启停的前提下,更是效果明显。
车辆启停时,48V电机快速带动发动机启动,瞬间输出功率是传统启动马达的4倍,启动响应迅速而平顺,启停切换也更无感;加速行驶时,48V电机与发动机同时工作,使车提速轻松。平稳匀速行驶时,电机可自行利用动能回收为电池组充电。
其次,电机的加入让发动机避开高功率输出的低效率运转区间,降低发动机负载,提升燃油经济性,减少排放。
举例来看,2021款凯迪拉克XT5油耗使用48V轻混系统后,整体油耗降低4%至5%至百公里7升。而尺寸更大、重量更重的2021款凯迪拉克XT6油耗则降低5%至6%,百公里7.2升,与一辆2.0升自然吸气发动机的轿车相当。
最后,随着汽车功能复杂度与智能化程度的不断加深,车载电子元器件的数量呈几何级数增长,此前不过是车灯、雨刮、收音机、空调、屏幕、座椅加热通风、电动座椅调节等。如今,自动驾驶芯片,雷达、摄像头等传感器,转向助力、空气悬架、电子刹车等,对电能的需求愈来愈多。
1918年,蓄电池第一次被装在汽车上,那时的蓄电池的电压上限是6V。1950年,整车电压开始进入12V统治时代。
随着时代进步,传统12V电气化驱动——即曾经最主流的车内供电系统,已经无法供给,奥迪、宝马、戴姆勒、波尔舍、大众于2011年共同推出48V轻混系统, 该系统建立了第三种车载电源系统,解决了自动驾驶、舒适配置与传统电气的电能供给矛盾。
至于为什么是48V,原因很简单。德标(DIN IEC 60038)显示,48V是人类在无防护状态下,可安全触碰的最高电压,汽车公司采用48V电压,无需额外增加车辆内部的防护装置,徒增成本。
作为48V轻混系统的创造者,德国汽车公司在批量搭载这件事上一点都不含糊。奥迪的中大车型,如A6、A8、Q7、Q8,奔驰的主流车型,C、E、S级、GLE、GLS等都是48V这项成熟混动技术的拥趸。
奔驰的方案是ISG集成启动电机,电机无需皮带驱动发动机,并在车辆行驶各阶段为车辆提供助力。奥迪则选择BSG皮带驱动电机,更强调成本与减排的平衡。
对现有动力总成的电气化改造,是48V轻混系统的核心思路。来自美国的高档汽车品牌凯迪拉克,在遵循基本思路之外,加入了自己的心思,从而创造出2.0T可变缸发动机+48V轻混的新技术答案。
从发动机层面看,通用汽车自研的2.0T可变缸涡轮增压发动机用上了Tripower可变气门管理技术,可以在两缸、四缸经济和四缸高性能三种模式间切换。
这套48V轻混系统选择了BSG皮带驱动电机路线。启动时依靠电机将发动机一步“带”到接近怠速转速,ECU以理论空燃比供应油气,无需加浓空燃比,且减少喷油时间,降低油耗。
加速时,若电量充足,电机会率先助力,为整车提供额外推力。平稳行驶时,电池智能充电。车辆断油滑行或制动减速时,车辆进行制动能量回收,将该部分能量转化为电能,储存在48V电池中。
最后一点的设定是凯迪拉克与德国汽车公司在48V轻混系统逻辑上的最明显区别。
实例来看,正常车辆行驶遇见远处红灯,松开油门,发动机转速慢慢降低至怠速转速,此刻发动机不喷油,依靠滑行动能维持怠速。
但车速低过动能阈值后,发动机驱动力不足,ECU启动重新喷油,让发动机保持怠速。该过程没有电能参与,导致喷油动作无法达到效率最大化。
凯迪拉克的解题思路是利用48V电池电能维持发动机怠速,大幅减少喷油时间,对油耗进行二次梳理。
可变缸发动机与48V轻混技术互相配合,降低燃油成本的同时,还改善了整车静音性与平顺度,接下来,界面汽车将深度体验搭载了48V轻混系统的凯迪拉克XT5和XT,看看“美式豪华”是进阶到另一层级的。